节能环保长寿命全陶瓷材料预热内筒的必威体育精装版进展.doc

1、采用预热器内筒的作用及亟待解决的问题 在水泥行业为充分利用水泥生产中的余热，节约能源，德国洪堡公司于上世纪五十年代以出窑高温废气为载热介质，在窑尾安装悬浮预热器(Suspension Preheater.简称SP)来实现对水泥生料的加热，并首先应用于Φ4.0×92.5m回转窑上，使原湿法窑的单位热耗由6875KJ/kg.cl降低到4400kJ/kg.cl，而且生产能力大幅度增加，获得了巨大的经济效益，开创了悬浮预热技术在水泥工业上的应用[1]。1971年，日本石川岛播磨重工业公司在洪堡窑的基础上又改进成水泥预分解窑，简称NSP窑；NSP是New Suspension Preheater的缩写，即新型悬浮预热器的缩写New Suspension pre-heater，简称NSP[2]。SP窑及NSP窑成为当今水泥工业的主要发展窑型。 该工艺的主要特点即引入悬浮预热器；目前多为五级、四级等。悬浮预热器是新型干法水泥生产过程的核心设备之一，承担着物料加热、气固分离、物料输送及部分物理、化学反应等多项功能；其中旋风内筒是预热器的关键部件，可以避免物料的二次循环，以及再加热重新生成CaCO3，导致能源浪费；同时还可以避免因物料流短路、紊流而导致分离效率降低、热耗增高，甚至管道堵塞、停产等[3]。 目前为止，预热器内筒仍然是以镍铬耐热合金钢为主[6~8]。由于耐热合金钢耐酸碱气氛的侵蚀性较差且不耐高温磨损，因此，合金钢内筒的使用寿命都很短，完好服役期限大约10个月左右。 与合金不耐高温、不耐酸碱腐蚀、耐磨性差等先天性不足相比，非金属基陶瓷材料具有耐高温、耐氧化，高温强度高、耐磨性好以及受酸碱气氛影响小等优点，因此，采用非金属基材料替代镍铬合金用于内筒的制备已经成为业内研究人员及生产企业的共识。但是，由于在材料及结构方面的设计问题，至今没有成功的应用。 2、国外在内筒长寿化方面的发展状况 新型干法水泥生产线的悬浮预热内筒的结构主要为整体式及分片式两种。分片式内国内外筒一般由几十块内筒挂板和固定块组成，各片之间相互联接，这样既可以保证内筒整体的强度，又可以吸收内筒因热胀冷缩引起的尺寸变化，为各国水泥设备制造商所普遍采用，如日本ONODA水泥公司，德国KHD公司和丹麦的FLS公司等[8]。无论整体式还是分片式，内筒材质一直以镍铬系列耐热钢为主。由于内筒（尤其是末级内筒）工况条件极为恶劣，如高温物料流的磨损、氧化以及含K2O、Na2O、SO2、Cl2等气体的腐蚀[3]，使用寿命很短且易导致生产故障而停产。因此，国外的一些企业不得不取消末级内筒，如史密斯旋风预热器及丹麦FLS公司在LP(低压损)旋风筒上就采用了这种设计，但牺牲的则是分离率降低，热耗增加。 为解决内筒长寿化，丹麦哈斯勒（HASLE）公司于上世界九十年代末曾进行了以耐火材料（铝硅系，Al2O3=62%）为主的陶瓷内筒，其结构是以 “工”或“ [ ”型砖互相咬合而形成整体内筒，如图。由于该砖块为机压成型且经高温烧成，受模具限制，砖块尺寸较小，组装不便且没有应力缓解、调控能力，因此，砖块使用中易断裂、掉砖甚至整体脱落，一直未能成功应用[9]。另外，世界上水泥行业最重要的设备供应商——丹麦史密斯也曾以类似的方案在我国进行试验，最后也以失败告终。内筒长寿化一直未获进展。 3、国内在内筒长寿化方面的发展状况 内筒在新型干法线节能减排、降低生产成本中的重要地位，国内企业一直在内鉴于筒长寿化方面不断探索、试验。针对悬浮预热器合金内筒使用寿命短，影响设备运转及增加水泥的生产能耗等问题，国内企业进行了类似丹麦哈斯勒和史密斯的试验，也未成功。 国内专家也进行了耐热钢挂片内外涂抹无机耐磨防腐料的试验研究，由于两种材料膨胀系数差异较大，耐磨防腐涂抹料脱落问题导致研究工作终止。到目前为止，以非金属材料替代合金钢尝试内筒长寿化的工作还没有获得成功的先例。 4、非金属基内筒长寿化存在的问题及发展趋势 就非金属材料具有耐高温、耐氧化，高温强度高、耐磨性好以及受酸碱气氛影响小等优点看，非金属材料是很适合用于悬浮预热器的末级内筒的使用条件的，也是被业内人士所看好的。但是，无论丹麦史密斯、哈斯勒（HASLE）的陶瓷内筒，还是国内其他企业研制的陶瓷内筒都没有试验成功的原因不外乎以下几点： （1）结构设计不合理。 （2）材料配方/制备工艺问题 （3）类似哈斯勒（HASLE）的陶瓷砌体结构很难具备消化、缓冲应力的能力，使用时的应力很容易导致咬合部位断裂，进而整个内筒脱落。 （4）尽管铝硅系材料耐SO2、Cl2等酸性气体的腐蚀性较强，但耐K2O、Na2O的腐蚀性较弱。高温使用条件下，K2O、Na2O在铝硅系材料中的渗透性很强，